机械工程材料课件 大连理工大学

机械工程材料欢迎来到大连理工大学机械工程材料课程。本课程将深入探讨各类工程材料的性质、应用及加工技术，为您的工程实践奠定坚实基础。课程概述课程目标掌握工程材料基础知识，培养材料选择能力。学习内容涵盖金属、陶瓷、高分子和复合材料等。实践环节包含多个实验，强化理论与实践结合。材料的分类金属材料具有良好导电性、导热性和机械性能。陶瓷材料高硬度、耐高温、耐腐蚀。高分子材料轻质、易加工、隔热性好。复合材料结合多种材料优点，性能可设计。金属材料黑色金属主要包括铁及其合金，如钢和铸铁。有色金属非铁金属，如铝、铜、镁等及其合金。贵金属如金、银、铂等，用于特殊应用。晶体结构体心立方如α-铁、钨等。面心立方如铜、铝、γ-铁等。六方密堆积如镁、锌等。金属材料的相变1固态相变如回火、时效等，改变材料微观组织。2液态到固态凝固过程，形成初始晶体结构。3固态到液态熔化过程，用于铸造等工艺。金属材料的强化机制1固溶强化2细晶强化3加工硬化4析出强化5相变强化不同强化机制通过改变材料微观结构来提高强度。金属材料的热处理退火消除内应力，软化材料。正火细化晶粒，提高强度和韧性。淬火快速冷却，提高硬度。回火降低脆性，提高韧性。铁碳合金系统铁碳相图展示不同温度和成分下的相结构。钢的显微组织包括铁素体、奥氏体、珠光体等。铸铁的显微组织包括灰口铸铁、白口铸铁等。钢的热处理1加热升温至奥氏体化温度。2保温确保完全奥氏体化。3冷却控制冷却速率，获得所需组织。4后处理如需要，进行回火等处理。铸铁的性能和应用灰口铸铁减振性好，用于机床底座。球墨铸铁强度高，用于曲轴、齿轮。白口铸铁耐磨性好，用于轧辊。有色金属及合金铝合金轻质高强，广泛用于航空航天。铜合金导电性好，用于电气设备。镁合金密度低，用于轻量化设计。钛合金比强度高，耐腐蚀，用于医疗器械。陶瓷材料传统陶瓷如瓷器、砖瓦等。工程陶瓷如氧化铝、氮化硅等。功能陶瓷如压电陶瓷、磁性陶瓷等。陶瓷材料的性能耐高温可在高温环境下保持稳定。高硬度具有优异的耐磨性。耐腐蚀化学稳定性好，抗酸碱。陶瓷材料的应用高分子材料热塑性塑料可重复加热成型，如聚乙烯、聚苯乙烯。热固性塑料一旦成型不可再熔，如酚醛树脂。弹性体具有良好弹性，如橡胶。高分子材料的性能1轻质2绝缘性3耐腐蚀4易加工5可回收高分子材料具有独特的性能组合，使其在工程应用中不可或缺。高分子材料的应用汽车工业用于内饰件、保险杠等。电子电器用于外壳、绝缘材料等。医疗器械用于人工关节、导管等。复合材料定义由两种或两种以上不同性质的材料组成的多相材料。组成通常包括增强体和基体两部分。特点可根据需求设计性能，实现材料的最优化。复合材料的制备原材料准备选择适当的增强体和基体材料。混合成型将增强体均匀分布在基体中。固化处理通过加热或化学反应使材料固化。后处理加工根据需要进行切割、打磨等处理。复合材料的性能高比强度单位质量的强度高。高比模量刚性好，变形小。抗疲劳性在循环载荷下性能稳定。耐腐蚀化学稳定性好。复合材料的应用材料的选择和使用1性能要求分析明确使用环境和性能指标。2材料特性对比比较各类材料的优缺点。3经济性评估考虑成本、加工难度等因素。4实验验证进行小规模试验，确认材料适用性。材料的腐蚀与防护腐蚀类型包括化学腐蚀、电化学腐蚀等。腐蚀机理了解腐蚀过程的化学反应原理。防护方法涂层、电化学保护、合金化等。材料的疲劳与断裂疲劳机理循环应力导致微裂纹形成和扩展。断裂模式包括脆性断裂和韧性断裂。预防措施优化设计、表面处理、定期检查。焊接技术熔焊如电弧焊、气焊等。压焊如摩擦焊、超声波焊等。特种焊接如激光焊、电子束焊等。材料性能测试1力学性能拉伸、压缩、弯曲、冲击等测试。2物理性能密度、导电性、热膨胀系数等测试。3化学性能耐腐蚀性、化学成分分析等。4工艺性能铸造性、焊接性、可加工性等评估。实验一：金属材料的热处理样品准备切割、打磨样品。热处理操作进行退火、正火、淬火等处理。性能测试测量硬度、观察显微组织。数据分析比较不同热处理对性能的影响。实验二：金属材料的冲击试验1试样制备按标准尺寸加工试样，并做标记。2设备调试校准冲击试验机，确保准确性。3试验操作将试样放入试验机，进行冲击。4结果记录记录冲击功、观察断口特征。实验三：陶瓷材料的性能硬度测试使用维氏硬度计测量陶瓷样品硬度。耐热性测试在高温炉中测试陶瓷的耐热性能。